学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

S波段GaN基HEMT内匹配平衡功率放大器研究

作　者: 冷永清
导　师: 曾云
学　校: 湖南大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: AlGaN/GaN HEMT 混合集成电路(HMIC) 平衡功率放大器功率合成稳定性
分类号: TN722.75
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 137次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

宽禁带半导体GaN微波功率器件和电路具有的大电流密度、高功率密度、低噪声及良好的频率特性,决定了GaN器件和电路在相控阵雷达等军用和民用微波功率领域有广泛的应用前景。随着GaN HEMT器件材料、工艺以及结构的发展,基于GaN HEMT器件的微波功率放大器逐渐进入了大家的视野。本课题是“宽禁带功率芯片宽适应动态匹配功率放大器”研究课题的一部分,目标是研制高性能频段在S波段的基于GaN HEMT器件的功率放大器并最终实现化。本文基于Nitronex公司生产的GaN HEMT管芯技术,开展了S波段的HMIC内匹配功率放大器的研制工作,取得以下有新意的工作:针对HEMT微波功率放大器的技术特点,研究了电路拓扑与效率模式、大信号优化设计、电路稳定性等关键设计技术,建立了较为完整的电路设计流程。重点研究了多级功率放大器级联技术、功率合成技术和电路稳定技术:根据HEMT器件的阻抗特性,提出了两级功率放大器新的级联方式,即将第一级功放输出阻抗和第二级功放输入阻抗匹配至30欧姆(该值接近与第一功放输出阻抗),以减小匹配电路尺寸;研究了Lang耦合器和Wilkinson功分器在功率合成中应用,对比了它们在性能方面的优缺点;提出了提高电路稳定性的一种方法,即在输入级的栅极偏压支路中采用LCR复合有耗并联支路,使带外低频段信号的能量损耗,防止了低频振荡,提高了稳定性。成功研制了S波段Lange合成平衡功率放大器:制作了一个基于Nitronex GaN HEMT器件的内匹配电路,在偏置条件为Vgs=-1.75V、Vds=28V时,小信号S参数试在2.7~3.5GHz范围内,线性增益为21~22.5dB,输入驻波比小于1.2,输出驻波比小于1.8;在3.5GHz最大脉冲输出功率为46dBm,最大PAE为33.2%。成功研制了S波段Wilkinson合成单级平衡功率放大器:在偏置条件为Vgs=-1.6V、Vds=28V时,小信号S参数测试在2.7~3.5GHz范围内,线性增益为9.6~12dB,输入驻波比小于1.8,输出驻波比小于1.6;在3.5GHz最大脉冲输出功率为45.6dBm,最大PAE为30%。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-13
附表索引  13-14
第1章绪论  14-21
  1.1 引言  14-15
  1.2 GAN HEMT 内匹配功率放大器的研究背景  15-17
  1.3 国内外G_AN 功率器件研究现状  17-19
  1.4 本课题的目的及意义  19
  1.5 本论文的主要研究内容  19-21
第2章微波功率放大器设计基础  21-36
  2.1 主要性能指标  21-22
  2.2 G_AN HEMT 器件工作原理  22-25
  2.3 HMIC 中的无源器件  25-27
  2.4 功率放大器的电路拓扑及效率工作模式  27-30
  2.5 功率放大器设计中的几个重要问题与讨论  30-36
    2.5.1 匹配网络  30-31
    2.5.2 平衡功率放大器及放大器的稳定性分析  31-33
    2.5.3 功率分配与功率合成  33-36
第3章内匹配平衡功率放大器的设计  36-64
  3.1 功率放大器的设计方法  36-39
    3.1.1 小信号S 参数设计方法  36-37
    3.1.2 大信号优化设计方法  37-39
  3.2 内匹配功率放大器的设计流程  39-41
  3.3 设计指标和管芯性能分析  41-42
  3.4 L_(ANG) 合成内匹配平衡功率放大器的设计  42-53
    3.4.1 偏置电路和匹配网络的设计  43-49
    3.4.2 提高稳定性的有效方法  49-53
  3.5 W_(ILKINSON) 合成内匹配平衡功率放大器的设计  53-58
    3.5.1 02a Wilkinson 合成电路设计  54-56
    3.5.2 08a Wilkinson 合成电路设计  56-58
  3.6 低频控制电路设计  58-64
    3.6.1 低频控制电路总体分析  58-59
    3.6.2 低频控制电路设计  59-64
第4章内匹配功率放大器的版图设计与测试  64-78
  4.1 匹配电路版图设计及管芯封装  64-67
    4.1.1 匹配电路整体版图  64-65
    4.1.2 电路装配图  65
    4.1.3 管芯封装  65-67
  4.2 功率放大器测试系统  67-70
    4.2.1 自激测试系统  68
    4.2.2 小信号S 参数测试系统  68-69
    4.2.3 功率测试系统  69-70
  4.3 功率放大器测试与结果分析  70-78
    4.3.1 02a Lang 合成功率管测试与结果分析  70-72
    4.3.2 08a Lang 合成功率管测试与结果分析  72-74
    4.3.3 02a+08a Lang 级联功率管测试与结果分析  74-76
    4.3.4 08a Wilkinson 合成功率管测试与结果分析  76-78
结论与展望  78-80
参考文献  80-83
致谢  83-85
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  85

S波段GaN基HEMT内匹配平衡功率放大器研究

内容摘要

全文目录

相似论文